类加载过程(加载+验证+准备+解析+初始化)

原创
2013/03/16 18:27
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    JVM把class文件加载的内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成JVM可以直接使用的Java类型的过程就是加载机制。

    类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存为止,它的生命周期包括了:加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)、卸载(Unloading)七个阶段,其中验证、准备、解析三个部分统称链接。

    加载(装载)、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段顺序是固定的,类的加载过程必须按照这种顺序开始,而解析阶段不一定;它在某些情况下可以在初始化之后再开始,这是为了运行时动态绑定特性。值得注意的是:这些阶段通常都是互相交叉的混合式进行的,通常会在一个阶段执行的过程中调用或激活另外一个阶段。

加载+验证+准备+解析+初始化

1、“加载”阶段,虚拟机需要完成以下三件事情:

(1)通过一个类的权限定名来获取定义此类的二进制字节流

(2)将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法去的运行时数据结构

(3)在java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法去这些数据的访问入口。

2、验证

(1)文件格式验证--验证class文件格式规范,例如: class文件是否已魔术0xCAFEBABE开头 , 主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内等

(2)元数据验证--这个阶段是对字节码描述的信息进行语义分析,以保证起描述的信息符合java语言规范要求。验证点可能包括:这个类是否有父类(除了java.lang.Object之外,所有的类都应当有父类)、这个类是否继承了不允许被继承的类(被final修饰的)、如果这个类的父类是抽象类,是否实现了起父类或接口中要求实现的所有方法。

(3)字节码验证--进行数据流和控制流分析,这个阶段对类的方法体进行校验分析,这个阶段的任务是保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的行为.如:保证访法体中的类型转换有效,例如可以把一个子类对象赋值给父类数据类型,这是安全的,但不能把一个父类对象赋值给子类数据类型、保证跳转命令不会跳转到方法体以外的字节码命令上。

(4)符号引用验证--符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类、符号引用类中的类,字段和方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前类访问。

3、准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置变量初始值的阶段,这些内存都将在方法去中进行分配。

注意:(1)进行内存分配的仅包括类变量(被static修饰的变量),而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在java堆中

(2)初始值是指数据类型的零值,例如:

public static int value = 123;

那么变量value在准备阶段过后的值是0,而不是123,因为这时候尚未开始执行任何java方法。

再看:public static final int value = 123;

final修饰的字段,子啊准备阶段虚拟机就会根据赋值,value的值为123.

4、解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

    符号引用:符号引用是一组符号来描述所引用的目标对象,符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关,引用的目标对象并不一定已经加载到内存中。

    直接引用:直接引用可以是直接指向目标对象的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机内存布局实现相关的,同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同,如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在。

    虚拟机规范并没有规定解析阶段发生的具体时间,只要求了在执行anewarry、checkcast、getfield、instanceof、invokeinterface、invokespecial、invokestatic、invokevirtual、multianewarray、new、putfield和putstatic这13个用于操作符号引用的字节码指令之前,先对它们使用的符号引用进行解析,所以虚拟机实现会根据需要来判断,到底是在类被加载器加载时就对常量池中的符号引用进行解析,还是等到一个符号引用将要被使用前才去解析它。

(1)类或接口的解析

(2)字段解析:首先解析出类的方法表的class_index项中索引的字段所属的类或接口的符号引用,然后继续搜索:

先在类本身中查找字段

再在类的实现的接口中查找字段

然后在类的父类中查找字段

否则,查找失败

(3)类方法解析:首先解析出类的方法表的class_index项中索引的方法所属的类或接口的符号引用,然后继续搜索:

    类方法和接口方法符号引用的常量类型定义是分开的,如果在类方法表中发现class_index中索引的是个接口,直接报错。

    在类中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有直接返回

    在类实现的父类中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有直接返回

    在类实现的接口列表及他们的父接口中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有直接报错

    否则,查找失败

(4)接口方法解析:首先解析出类的方法表的class_index项中索引的方法所属的类或接口的符号引用。正好与接口相反。

5、初始化

初始化阶段才真正开始执行类中定义的java程序代码

初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。在以下四种情况下初始化过程会被触发执行:

1.遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的java代码场景是:使用new关键字实例化对象、读取或设置一个类的静态字段(被final修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外)的时候,以及调用类的静态方法的时候。

2.使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候

3.当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化、则需要先出发其父类的初始化

4.jvm启动时,用户指定一个执行的主类(包含main方法的那个类),虚拟机会先初始化这个类


在准备阶段,变量已经赋过一次系统要求的初始值,二在初始阶段,则是根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。




参考:http://blog.csdn.net/java2000_wl/article/details/8040633










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